CN111668890B - 电源管理系统的通讯方法、装置、系统、电池及电动汽车 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电源管理系统的通讯方法、装置、系统、电池及电动汽车。基于SmartMesh协议与AFE模块进行互联组网，形成无线网络收发通道，在与各AFE模块进行数据通讯时，可以基于形成的无线网络收发通道进行无线传输。即在与各AFE模块进行数据传输时，无需采用电缆连接，也就避免了使用电缆连接AFE模块和主控制器，进一步避免了长线束带来的测量误差以及电池包重量和体积增加，提高了测量精度和整车空间的利用率以及加长了汽车续航里程。

Description

电源管理系统的通讯方法、装置、系统、电池及电动汽车

技术领域

本发明涉及车辆领域，尤其涉及一种基于点对点协议的电源管理系统的通讯方法、装置、电源管理系统、电池及电动汽车。

背景技术

随着自然环境的不断恶化，各个领域都陆续推出了环保产品，针对新能源汽车，动力系统是保证新能源汽车安全稳定运行的必要条件。动力系统中的电源管理系统(BATTERYMANAGEMENT SYSTEM，BMS)是非常重要的组成部分，通过主动前端(Active Front End，AFE)对电源电压、电源温度以及电源电流等信息的采集，AFE模块通过线缆与主控制器连接，从而通过有线方式实现AFE模块与主控制器的数据传输。如此，AFE模块与主控制器之间接入的大量的线缆，不仅占用电池包的空间，导致电池包的体积过大，从而占用整车的空间，此外，由于大量线缆的存在，还增加了电池包的重量，由于电池包的重量增加，导致的直接后果是在同样的电池容量，减少了汽车的续航里程。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中AFE模块与主控制器之间通过线缆连接导致电池包重量和体积增加，而导致占用整车空间以及减少汽车续航里程的问题。因此，本发明提供一种基于点对点协议的电源管理系统的通讯方法、装置、电源管理系统、电池及电动汽车，避免了使用电缆连接AFE模块和主控制器，进一步避免了电池包重量和体积增加，提高了整车空间的利用率以及加长了汽车续航里程。

为解决上述问题，本发明的实施方式公开了一种基于点对点协议的电源管理系统的通讯方法，所述电源管理系统包括采集电池的目标数据的多个AFE模块，包括步骤；

基于SmartMesh协议与各所述AFE模块以及各所述AFE模块之间互相进行组网，形成无线网络收发通道；

与各所述AFE模块建立连接，各所述AFE模块形成为所述SmartMesh网络中的节点；

基于所述无线网络收发通道接收各所述节点采集的目标数据，根据所述目标数据对所述电池的状态进行诊断。

采用上述技术方案，基于SmartMesh协议与AFE模块进行互联组网，形成无线网络收发通道，在与各AFE模块进行数据通讯时，可以基于形成的无线网络收发通道进行无线传输，也就是说，在与各AFE模块进行数据传输时，无需采用电缆连接，也就避免了使用电缆连接AFE模块和主控制器，进一步避免了长线束带来的测量误差以及电池包重量和体积增加，提高了测量精度和整车空间的利用率以及加长了汽车续航里程。

根据本发明的另一具体实施方式，本发明的实施方式公开的基于点对点协议的电源管理系统的通讯方法，所述通讯方法还包括：

基于所述SmartMesh网络中内置的轻节点，将各所述节点采集的所述目标数据加密存储于与各所述节点对应的所述轻节点，或将所述各所述节点采集的所述目标数据分别通过与其他所述节点形成的无线网络收发通道传输至其他所述节点以进行加密存储。

根据本发明的另一具体实施方式，本发明的实施方式公开的基于点对点协议的电源管理系统的通讯方法，

根据本发明的另一具体实施方式，本发明的实施方式公开的基于点对点协议的电源管理系统的通讯方法，所述通讯方法还包括：

控制所述电池处于放电状态；

以预设放电倍率对所述电池进行恒流放电直至所述电池的电压降至截止电压；

计算所述恒流放电的恒流信号值与所述电池放电至所述截止电压所用的时间的乘积，得到所述电池的荷电状态值；

将所述荷电状态值基于与各所述AFE模块形成的所述无线网络收发通道传输至所述各所述轻节点进行分布式存储。

根据本发明的另一具体实施方式，本发明的实施方式公开的基于点对点协议的电源管理系统的通讯方法，所述目标数据包括：所述电池的电芯电压和所述电池的电芯温度。

根据本发明的另一具体实施方式，本发明的实施方式公开的基于点对点协议的电源管理系统的通讯方法，接收各所述节点采集的目标数据，根据所述目标数据对所述电池的状态进行诊断步骤包括：

接收各所述节点采集的电芯电压和电芯温度；

判断所述电芯电压是否处于参考值范围和判断所述电芯温度是否超出安全温度阈值；

若所述电芯电压不处于所述参考值范围和/或所述电芯温度超出所述安全温度阈值，则判断所述电池的状态异常。

进一步地，本发明的实施方式公开了一种基于点对点协议的电源管理系统的通讯装置，组网模块，用于基于SmartMesh协议与各所述AFE模块以及各所述AFE模块之间互相进行组网，形成无线网络收发通道；

连接模块，用于与各所述AFE模块建立连接，各所述AFE模块形成为所述SmartMesh网络中的节点；

接收模块，用于基于所述无线网络收发通道接收各所述节点采集的目标数据，根据所述目标数据对所述电池的状态进行诊断。

根据本发明的另一具体实施方式，本发明的实施方式公开的基于点对点协议的电源管理系统的通讯装置，所述通讯装置还包括：

存储模块，用于基于所述SmartMesh网络中内置的轻节点，将各所述节点采集的所述目标数据加密存储于与各所述节点对应的所述轻节点，或将所述各所述节点采集的所述目标数据分别通过与其他所述节点形成的无线网络收发通道传输至其他所述节点以进行加密存储。

根据本发明的另一具体实施方式，本发明的实施方式公开的基于点对点协议的电源管理系统的通讯装置，

进一步地，本发明的实施方式公开了一种电源管理系统，包括：多个AFE模块和控制器；

所述控制器与各所述AFE模块基于SmartMesh协议进行组网，各所述AFE模块基于所述SmartMesh协议进行组网，形成各所述AFE模块和所述控制器之间的第一无线网络收发通道和各所述AFE模块之间的第二无线网络收发通道；

所述控制器与各所述AFE模块建立连接，各所述AFE模块形成为所述SmartMesh网络中的节点；

所述控制器与各所述AFE模块之间通过所述第一无线网络收发通道，各所述AFE模块之间通过所述第二无线网络收发通道进行数据通讯。

进一步地，本发明的实施方式公开了一种电池，包括：动力蓄电池组，其特征在于，还包括如上述实施方式所述的电池管理系统。

进一步地，本发明的实施方式公开了一种电动汽车，包括：如上述实施方式所述的电池。

本发明其他特征和相应的有益效果在说明书的后面部分进行阐述说明，且应当理解，至少部分有益效果从本发明说明书中的记载变的显而易见。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种基于点对点协议的电源管理系统的通讯方法的流程示意图；

图2为本发明实施例提供的另一种基于点对点协议的电源管理系统的通讯方法的流程示意图；

图3为本发明实施例提供的另一种基于点对点协议的电源管理系统的通讯方法的流程示意图；

图4为本发明实施例提供的另一种基于点对点协议的电源管理系统的通讯方法的流程示意图；

图5为本发明实施例提供的一种基于点对点协议的电源管理系统的通讯装置的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的一种电源管理系统的结构示意图。

附图标记说明：

1.组网模块；2.连接模块；3.接收模块；4.存储模块；5.AFE模块；6.控制器。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。虽然本发明的描述将结合较佳实施例一起介绍，但这并不代表此发明的特征仅限于该实施方式。恰恰相反，结合实施方式作发明介绍的目的是为了覆盖基于本发明的权利要求而有可能延伸出的其它选择或改造。为了提供对本发明的深度了解，以下描述中将包含许多具体的细节。本发明也可以不使用这些细节实施。此外，为了避免混乱或模糊本发明的重点，有些具体细节将在描述中被省略。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

应注意的是，在本说明书中，相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在新能源汽车中，电池管理是非常重要的一个组成部分。目前在电池管理系统中，不管是基于菊花链的通讯方式还是基于CAN总线的通讯方式或者是SPI的通讯方式，前端电压和温度采集模块(以下简称“AFE模块”)都是通过线缆与主控系统连接，大量的线缆连接不仅占用空间还增加了电池包的重量，重量增加的直接的后果是在同样的电池容量下，减少了汽车的续航里程。

用可靠的无线通讯方式替代线缆连接具有很多优点。首先，不用考虑线缆连接.这是由于AFE模块可以非常靠近待测蓄电池组的电芯，缩短AFE模块到电芯之间的距离，大大减少连接测量线缆长度；其次，因为AFE模块非常靠近电芯，可以大大减少线缆长度，所以可以减少很多的外部电磁干扰和线缆本身带来的测量误差；再次，因为无线传输没有线缆和接插件，所以可以减少线缆制作工艺和接插件的品质以及组装工艺导致的数据传输问题；最后，无线传输不通过线缆连接，可以放在车内任意位置，减少整车结构设计的难度。

然而，现有产品数据传输方案都是依靠线缆连接。集中式BMS系统将AFE模组跟主控集成在一起减少了通讯部分的线缆，但是增加了采集线束的长度，导致线束成本和重量以及电磁干扰误差都增加很多；分布式BMS系统将AFE模组跟主控分开，AFE模组可以放在被测电芯附近但是需要增加CAN芯片、控制单片机和连接线缆。

为了解决上述AFE模块与主控制器之间通过线缆连接导致电池包重量和体积增加，而导致占用整车空间以及减少汽车续航里程的问题。本发明的实施方式提供一种基于点对点协议的电源管理系统的通讯方法、装置、电源管理系统、电池及电动汽车，避免了使用电缆连接AFE模块和主控制器，进一步避免了电池包重量和体积增加，提高了整车空间的利用率以及加长了汽车续航里程。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施方式作进一步地详细描述。

下面结合图1至图4对本发明实施例提供的基于点对点协议的电源管理系统的通讯方法进行说明。其中，图1为本发明实施例提供的基于点对点协议的电源管理系统的通讯方法的流程示意图；图2为本发明实施例提供的另一种基于点对点协议的电源管理系统的通讯方法的流程示意图；图3为本发明实施例提供的另一种基于点对点协议的电源管理系统的通讯方法的流程示意图；图4为本发明实施例提供的另一种基于点对点协议的电源管理系统的通讯方法的流程示意图。

参考图1，本发明实施例提供的基于点对点协议的电源管理系统的通讯方法，其中，电源管理系统包括采集电池的目标数据的多个AFE模块，且该基于点对点协议的电源管理系统的通讯方法具体包括如下步骤：

S10：基于SmartMesh协议与各AFE模块以及各AFE模块之间互相进行组网，形成无线网络收发通道。

具体的，SmartMesh协议是一种应用于工业物联网的嵌入式无线网络。且在本实施例中，SmartMesh协议与各个AFE模块可以相互进行组网，且各个AFE模块之间也可以进行相互组网。

本实施例中网络的核心部分是采用ADI公司支持802.15.4e的片上系统LTC5800，当然还可以采用其他系统，本实施例对此不做具体限定。

需要说明的是，本实施例仅仅是示意性地选择用SmartMesh协议进行数据传输，本领域技术人员还可以根据实际需求选择不同的数据传输技术。

S20：与各AFE模块建立连接，各AFE模块形成为SmartMesh网络中的节点。

具体的，本实施例中与各AFE模块建立连接具体指建立通信连接。可以采用与各AFE模块通过现场总线建立连接，还可以是其他通讯方式。

且各AFE模块形成为SmartMesh网络中的节点之后，网络或者系统中的重要的数据就可以分布存储在每一个节点。由此，某个节点或者网络的主机发生故障时，不会造成全部数据的丢失。

S30：基于无线网络收发通道接收各节点采集的目标数据，根据目标数据对电池的状态进行诊断。

具体的，电池的状态包括放电状态、充电状态或者其他状态。

参考图2，本发明实施例提供的基于点对点协议的电源管理系统的通讯方法，还包括以下步骤：

S40：基于SmartMesh网络中内置的轻节点，将各节点采集的目标数据加密存储于与各节点对应的轻节点，或将各节点采集的目标数据分别通过与其他节点形成的无线网络收发通道传输至其他节点以进行加密存储。

具体的，该轻节点用于存储数据。其内部保存了各节点采集的目标数据，具体可以是身份识别数据、本模组在电池包中的序号、本模块在某个时间采集的电芯电压和电芯温度等数值。

本实施例中，加密存储采用128bitAES加密。当然还可以是其他加密方式，本实施例对此不做具体限定。

进一步的，参考图3，该通讯方法还包括：

S41：控制电池处于放电状态。

控制电池处于放电状态的方法可以参考现有技术，本实施例对此不做具体限定。

S42：以预设放电倍率对电池进行恒流放电直至电池的电压降至截止电压。

也就是说，在控制电池处于放电状态时，需要控制电池以恒定的电流进行放电。当电池的电压下降到电池的截止电压时，停止放电。

截止电压根据不同的电池具有不同的数值，本实施例对此不做具体限定。

S43：计算恒流放电的恒流信号值与电池放电至截止电压所用的时间的乘积，得到电池的荷电状态值。

即该荷电状态值为放电时的电流值与截止电压以及放电时间的乘积。且该荷电状态值为正值。

S44：将荷电状态值基于与各AFE模块形成的无线网络收发通道传输至各轻节点进行分布式存储。

需要说明的是，本实施例中，目标数据包括：电池的电芯电压和电池的电芯温度。

更进一步的，参考图4，本实施例提供的基于点对点协议的电源管理系统的通讯方法，步骤S30包括：

S31：接收各节点采集的电芯电压和电芯温度。

具体的，采集电芯电压和电芯温度的方法可以参考现有技术，接收采集的电芯电压和电芯温度可以通过现场总线接收，还可以通过其他通讯方式进行接收，本实施例对此不做具体限定。

S32：判断电芯电压是否处于参考值范围和判断电芯温度是否超出安全温度阈值。

电芯电压可以根据各个电池的性能和实际需求确定，而电芯温度的安全温度阈值是指，在该温度范围内，电池可以正常工作且其性能不会受温度的影响。本领域技术人员可以根据实际情况确定该安全温度阈值。

S33：若电芯电压不处于参考值范围和/或电芯温度超出安全温度阈值，则判断电池的状态异常。

具体的，当电芯电压不处于参考范围值时，可以判断电池的状态异常；当电芯温度超出安全温度阈值时，也可以判断电池的状态异常；当电芯电压不处于参考范围值且电芯温度超出安全温度阈值时，还可以判断电池的状态异常。

基于上述通讯方法，本实施例还提供一种基于点对点协议的电源管理系统的通讯装置。具体的，请参考图5所述的基于点对点协议的电源管理系统的通讯装置的结构示意图。

本实施例提供的基于点对点协议的电源管理系统的通讯装置，包括：

组网模块1，用于基于SmartMesh协议与各AFE模块以及各AFE模块之间互相进行组网，形成无线网络收发通道。

连接模块2，用于与各AFE模块建立连接，各AFE模块形成为SmartMesh网络中的节点。

接收模块3，用于基于无线网络收发通道接收各节点采集的目标数据，根据目标数据对电池的状态进行诊断。

进一步的，参考图5，该通讯装置还包括：

存储模块4，用于基于SmartMesh网络中内置的轻节点，将各节点采集的目标数据加密存储于与各节点对应的轻节点，或将各节点采集的目标数据分别通过与其他节点形成的无线网络收发通道传输至其他节点以进行加密存储。

具体的，存储模块中还可以保存通讯装置的其他数据，且可以在数据更新的时候，同步更新每个模组内的数据。

采用上述方案，该通讯装置基于SmartMesh协议与AFE模块进行互联组网，形成无线网络收发通道，在与各AFE模块进行数据通讯时，可以基于形成的无线网络收发通道进行无线传输，也就是说，在与各AFE模块进行数据传输时，无需采用电缆连接，也就避免了使用电缆连接AFE模块和主控制器，进一步避免了电池包重量和体积增加，提高了整车空间的利用率以及加长了汽车续航里程。

基于上述通讯装置，本实施例还提供一种电源管理系统。下面结合图6示出的电源管理系统的结构示意图对该电源管理系统进行详细描述。

参考图6，本实施例提供的电源管理系统包括多个AFE模块5和控制器6。

其中，控制器6与各AFE模块5基于SmartMesh协议进行组网，各AFE模块5基于SmartMesh协议进行组网，形成各AFE模块5和控制器6之间的第一无线网络收发通道和各AFE模块5之间的第二无线网络收发通道；

控制器6与各AFE模块5建立连接，各AFE模块5形成为SmartMesh网络中的节点；

控制器6与各AFE模块5之间通过第一无线网络收发通道，各AFE模块5之间通过第二无线网络收发通道进行数据通讯。

本实施例中，控制器6用于采集该电源管理系统的总电流、总电压和SOC、SOH的计算以及充放电的管理和安全管理。AFE模块5负责电芯电压和电芯温度的采集以及分布式数据存储。

还需要说明的是，本实施例中，每一个AFE模块5都可以接收和发送数据。且根据电池管理系统的容量，可以增加或减少AFE模块5的数量。且当需要增加电池管理系统的容量的时候，也可以通过增加或减少AFE模块5的数量的方式来实现。

本发明的实施例还提供一种电池，包括动力蓄电池组，以及如上实施例所描述的电池管理系统。

此外，本实施例还提供一种包括上述电池的电动汽车。

本发明提供的电池管理系统，以及包含该电池管理系统的电池、包含该电池的电动汽车，基于SmartMesh协议与AFE模块进行互联组网，形成无线网络收发通道，在与各AFE模块进行数据通讯时，可以基于形成的无线网络收发通道进行无线传输，也就是说，在与各AFE模块进行数据传输时，无需采用电缆连接，也就避免了使用电缆连接AFE模块和主控制器，进一步避免了长线束带来的测量误差以及电池包重量和体积增加，提高了测量精度和整车空间的利用率以及加长了汽车续航里程。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种基于点对点协议的电源管理系统的通讯方法，所述电源管理系统包括采集电池的目标数据的多个AFE模块；其特征在于，包括步骤：

基于SmartMesh协议与各所述AFE模块以及各所述AFE模块之间互相进行组网，形成无线网络收发通道；

与各所述AFE模块建立连接，各所述AFE模块形成为SmartMesh网络中的节点；

基于所述无线网络收发通道接收各所述节点采集的目标数据，根据所述目标数据对所述电池的状态进行诊断；并且，

所述无线网络收发通道包括基于所述SmartMesh协议与各所述AFE模块进行组网形成的第一无线网络收发通道和各所述AFE模块之间的第二无线网络收发通道。

2.如权利要求1所述的基于点对点协议的电源管理系统的通讯方法，其特征在于，所述通讯方法还包括：

基于所述SmartMesh网络中内置的轻节点，将各所述节点采集的所述目标数据加密存储于与各所述节点对应的所述轻节点，或将所述各所述节点采集的所述目标数据分别通过与其他所述节点形成的无线网络收发通道传输至其他所述节点以进行加密存储。

3.如权利要求2所述的基于点对点协议的电源管理系统的通讯方法，其特征在于，所述通讯方法还包括：

控制所述电池处于放电状态；

以预设放电倍率对所述电池进行恒流放电直至所述电池的电压降至截止电压；

计算所述恒流放电的恒流信号值与所述电池放电至所述截止电压所用的时间的乘积，得到所述电池的荷电状态值；

将所述荷电状态值基于与各所述AFE模块形成的所述无线网络收发通道传输至所述各所述轻节点进行分布式存储。

4.如权利要求1-3任意一项所述的基于点对点协议的电源管理系统的通讯方法，其特征在于，所述目标数据包括：所述电池的电芯电压和所述电池的电芯温度。

5.如权利要求4所述的基于点对点协议的电源管理系统的通讯方法，其特征在于，接收各所述节点采集的目标数据，根据所述目标数据对所述电池的状态进行诊断步骤包括：

接收各所述节点采集的电芯电压和电芯温度；

判断所述电芯电压是否处于参考值范围和判断所述电芯温度是否超出安全温度阈值；

若所述电芯电压不处于所述参考值范围和/或所述电芯温度超出所述安全温度阈值，则判断所述电池的状态异常。

6.一种基于点对点协议的电源管理系统的通讯装置，其特征在于，包括：

组网模块，用于基于SmartMesh协议与各AFE模块以及各所述AFE模块之间互相进行组网，形成无线网络收发通道；

连接模块，用于与各所述AFE模块建立连接，各所述AFE模块形成为SmartMesh网络中的节点；

接收模块，用于基于所述无线网络收发通道接收各所述节点采集的目标数据，根据所述目标数据对电池的状态进行诊断；并且，

所述无线网络收发通道包括基于所述SmartMesh协议与各所述AFE模块进行组网形成的第一无线网络收发通道和各所述AFE模块之间的第二无线网络收发通道。

7.如权利要求6所述的基于点对点协议的电源管理系统的通讯装置，其特征在于，所述通讯装置还包括：

存储模块，用于基于所述SmartMesh网络中内置的轻节点，将各所述节点采集的所述目标数据加密存储于与各所述节点对应的所述轻节点，或将所述各所述节点采集的所述目标数据分别通过与其他所述节点形成的无线网络收发通道传输至其他所述节点以进行加密存储。

8.一种电源管理系统，其特征在于，包括：多个AFE模块和控制器；

所述控制器与各所述AFE模块基于SmartMesh协议进行组网，各所述AFE模块基于所述SmartMesh协议进行组网，形成各所述AFE模块和所述控制器之间的第一无线网络收发通道和各所述AFE模块之间的第二无线网络收发通道；

所述控制器与各所述AFE模块建立连接，各所述AFE模块形成为SmartMesh网络中的节点；

所述控制器与各所述AFE模块之间通过所述第一无线网络收发通道，各所述AFE模块之间通过所述第二无线网络收发通道进行数据通讯。

9.一种电池，包括：动力蓄电池组，其特征在于，还包括如权利要求8所述的电源管理系统。

10.一种电动汽车，其特征在于，包括：如权利要求9所述的电池。

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